多級AAO工藝用于小型污水處理廠提標改造

王 肖

(山西省建筑標準設(shè)計研究院，山西 太原 030012)

1 工程背景

鄉(xiāng)寧縣城區(qū)污水處理廠原建設(shè)規(guī)模為1.0萬m3/d，污水處理工藝采用“AAO+機械絮凝反應(yīng)+過濾”工藝，出水標準執(zhí)行GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準中的一級標準A類標準要求，處理后一部分用于城市景觀用水，一部分直接排入鄂河。

在城鎮(zhèn)污水處理廠排放標準全面提高的政策背景下，根據(jù)《山西省水污染防治2018年行動計劃》文件要求，污水處理廠出水COD、氨氮、總磷三項主要污染物排放指標穩(wěn)定達到地表水Ⅴ類標準，為此，需對污水處理廠進行提標改造。

2 提標改造前污水處理廠概況

2.1 改造前水質(zhì)、水量及實際運行情況

通過對水廠2017年1月～2018年3月進出水質(zhì)、水量數(shù)據(jù)分析，污水處理廠總進水量在4 000 m3/d～6 000 m3/d較多，2017年進水量季節(jié)性變化明顯，冬季進水量較夏季少，2018年1月,2月進水量逐步增大。

現(xiàn)狀月平均COD指標中有2個月份的指標在400 mg/L左右，其余13個月的平均值均在366 mg/L以下；總氮指標月平均值最大值88.6 mg/L，其余14個月的平均值均在75.3 mg/L以下；氨氮指標月平均值最大值65.4 mg/L，其余14個月的平均值均在53.0 mg/L以下。

污水處理廠改造前進水水質(zhì)大部分指標較原設(shè)計偏高，且進水量未達到滿負荷，因此出水水質(zhì)指標大部分可以達到一級A標準，但在水量高或進水水質(zhì)濃度高時，不能保障。

2.2 改造前存在的問題及原因分析

1)縣城排水體質(zhì)為雨污合流制，雨季進水泥沙量大。冬季進水水溫較低，最低溫度在5 ℃左右，生物池處理效率低，出水COD、氨氮不能保障達標。

2)污水處理廠晝夜進水量變化大，預(yù)處理提升泵池調(diào)節(jié)容積小，提升泵啟停頻率高，檢修維護頻繁。

3)旋流沉砂池停留時間短，除砂效果差，加大后續(xù)構(gòu)筑物負擔(dān)。

4)初沉池出泥管路堵塞，沉淀池停用，導(dǎo)致二級生化段進水無機的懸浮物含量高。

5)現(xiàn)狀進水COD、氨氮、總氮較原設(shè)計值偏大，根據(jù)校核計算，現(xiàn)有的AAO池池容小，停留時間僅12.6 h，處理負荷高。

6)二沉池采用半橋式刮泥機重力排泥，排泥不暢，浮泥較多，出水中懸浮物較高，嚴重影響深度處理效果。

7)深度處理采用的混凝、過濾設(shè)施已停用。由于二沉池出水懸浮物較多，經(jīng)混凝后形成大量的礬花，出水未設(shè)沉淀設(shè)施直接進入后端濾池，而濾池采用粒度較細的單層石英砂，最終造成濾池表面污泥結(jié)板，導(dǎo)致濾池不能使用。

3 提標改造工程設(shè)計思路及工藝方案確定

3.1 改造工程進出水水質(zhì)確定

本著“適度超前、預(yù)留空間”的原則預(yù)測污水廠未來進水水質(zhì)。鄉(xiāng)寧縣城區(qū)污水處理廠運行多年，其進水水質(zhì)具有相當(dāng)程度的可靠性，本次設(shè)計調(diào)取水廠2017年1月～2018年3月的水質(zhì)進行分析，并結(jié)合生活污水水質(zhì)特點最終確定設(shè)計進水水質(zhì)見表1。

表1 污水廠改造工程進水水質(zhì) mg/L

鄉(xiāng)寧縣城區(qū)污水處理廠提標改造工程出水COD、氨氮、總磷執(zhí)行GB 3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標準Ⅴ類標準限值要求，其余指標仍執(zhí)行GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準一級A標準限值，見表2。

表2 污水廠改造工程出水水質(zhì) mg/L

3.2 改造總體思路

根據(jù)進水水質(zhì)特點分析，提標改造工程以生物脫氮除磷為主要工藝選擇。

1)預(yù)處理段：污水處理廠現(xiàn)狀晝夜污水進水量變化大，現(xiàn)狀集水池容積較小，停留時間僅滿足最大一臺10 min流量，造成水泵啟停頻繁，且對生化池運行造成一定影響，因此粗格柵后增加調(diào)節(jié)池一座，對進水水量進行調(diào)節(jié)，配套污水提升泵，并與現(xiàn)狀集水池聯(lián)通。

由于進水含沙量較大，新增曝氣沉砂池一座，增大停留時間，提高沉砂池穩(wěn)定性、排砂率；并新增新式孔徑2 mm內(nèi)進流網(wǎng)板式細格柵，降低生物池內(nèi)浮渣量。

2)二級處理段：污水處理廠運行多年，進水水質(zhì)較穩(wěn)定，處理工藝采用生物脫氮除磷工藝符合本工程水質(zhì)特點。降解污染物主要工序原設(shè)計是AAO工藝，符合指南要求，但目前進水水質(zhì)較原設(shè)計增大,且出水標準要求嚴格，因此須對原有工藝進行校核，作相應(yīng)改造。

根據(jù)現(xiàn)有的生化段池容及提標改造建設(shè)規(guī)模，校核認為生化池總停留時間12.6 h較短，處理負荷高，出水水質(zhì)不能保障，因此須擴大生化池池容/提高污泥濃度，降低容積負荷，保障BOD5,COD,NH3-N,TN在二級處理段穩(wěn)定達控制目標。TP在二級處理段可通過生物除磷得到大部分去除，剩余部分在三級處理段通過化學(xué)反應(yīng)去除。為保證冬季寒冷條件下生化池內(nèi)的污水溫度，確保污水中微生物的活性及主要水質(zhì)去除的穩(wěn)定性，對現(xiàn)狀及新建外露生化段處理設(shè)施增加相應(yīng)保溫措施。

3)深度處理段：維修現(xiàn)有機械絮凝池，新增斜板沉淀池，更換現(xiàn)有的濾池濾料，組成混凝、沉淀、過濾單元，這一過程水中懸浮微粒集聚變大，或形成絮團，從而加快粒子的聚沉，達到固—液分離的目的，保證出水TP,SS達標。

4)增加應(yīng)急處理設(shè)施:在冬季水溫低，出水COD、氨氮經(jīng)生化系統(tǒng)處理后仍不能穩(wěn)定達標時，在深度處理段設(shè)置投藥設(shè)施：a.增設(shè)投加活性炭粉末除設(shè)備，保障出水COD達標；b.增加次氯酸鈉投加設(shè)備，保障出水氨氮達標。

3.3 改造工藝方案確定

采用“預(yù)處理+多級AAO+混凝、沉淀、過濾”的方案。

拆除現(xiàn)有初沉池，新建多級AAO的厭氧缺氧池，改造現(xiàn)有的生物池為好氧池及Ⅱ段缺氧、好氧池，深度處理段新建斜板沉淀池,改造、維修原有混凝反應(yīng)池、雙層濾池。

在Ⅰ段好氧池內(nèi)投加MBBR填料，提高硝化菌濃度，并對新建的厭氧、缺氧池進行保溫加蓋。

新建的多級AAO的厭氧缺氧池，在池體設(shè)計時，考慮多點進水設(shè)置，充分利用原水中的碳源。

改造后工藝流程見圖1。

4 提標改造工藝設(shè)計

1)預(yù)處理階段：保留并利用原有進水井、粗格柵間及配套設(shè)施，新建調(diào)節(jié)池、超細格柵、曝氣沉砂池及其相應(yīng)配套設(shè)備。

調(diào)節(jié)池上層作為應(yīng)急加藥間，并與調(diào)節(jié)池合建。應(yīng)急加藥間內(nèi)設(shè)碳源加藥設(shè)備及活性炭粉末加藥設(shè)備。

2)二級處理階段：

a.多級AAO池是本工程污水處理的核心構(gòu)筑物,用于生物脫氮除磷。多級AAO池由厭氧區(qū)、Ⅰ段缺氧區(qū)、Ⅰ段好氧區(qū)及Ⅱ段缺氧區(qū)、Ⅱ段好氧區(qū)五部分組成。本次改造在原初沉池拆除的空地上新建厭氧區(qū)、Ⅰ段缺氧區(qū)，改造原AAO池為Ⅰ段好氧區(qū)及Ⅱ段缺氧區(qū)、Ⅱ段好氧區(qū)。

改造后生物池設(shè)計參數(shù)：總停留時間為26.4 h，其中厭氧池為2.0 h，Ⅰ段缺氧池為12 h，Ⅰ段好氧池為8.0 h，Ⅱ段缺氧池為3.3 h，Ⅱ段好氧池為1.1 h；混合液污泥濃度4 000 mg·MLSS/L，污泥齡15 d，BOD污泥負荷0.111 kgBOD/kgMLSS·d，氣水比14∶1；混合液回流比300%～350%，污泥回流比100%。

由于本項目進水生物脫氮的碳源不充足，為保證反硝化過程的充分進行，設(shè)置碳源投加系統(tǒng)，實際運行中根據(jù)水質(zhì)情況進行碳源投加，碳源投加量按BOD5/TN提升至3.5∶1進行配置，在Ⅰ段，Ⅱ段缺氧池前段均設(shè)投加點。

鄉(xiāng)寧縣冬季氣溫較低，為保障生化池內(nèi)污水溫度，對新建的厭氧池、缺氧池進行加蓋、保溫，原有生物池已經(jīng)建有加蓋設(shè)施，不變動。

b.污水廠現(xiàn)有2座φ20 m的中進周出的二沉池，采用半橋式刮泥機。二沉池最大流量時表面負荷1.05 m3/(m2·h)，停留時間2.4 h。原采用半橋式刮泥機為重力排泥，運行時間越長，導(dǎo)致管道堵塞，造成排泥不暢，浮泥較多，因此將2臺刮泥設(shè)備改造為2臺全橋式刮吸泥機，并根據(jù)二沉池現(xiàn)狀內(nèi)部構(gòu)造，相應(yīng)定制專用刮吸泥機。

3)深度處理階段及出水：改造機械絮凝池、新建斜板沉淀池、更換濾池內(nèi)部濾料、配套布水管路。保留并利用原有接觸消毒池、巴氏計量槽、在線監(jiān)測間。現(xiàn)狀的二氧化氯發(fā)生器及配套藥劑儲罐已不能使用，本工程拆除二氧化氯發(fā)生器，更換為次氯酸鈉加藥設(shè)備。

5 技術(shù)經(jīng)濟指標分析

提標改造工程總投資約3 817.0萬元。其中土建費用1 447.4萬元，設(shè)備費用1 429.6萬元，安裝費用368.0萬元，二類費用356.0萬元，預(yù)備費216.0萬元。工程單位建設(shè)投資為3 817.0元/m3。

6 提標改造工程運行后出水水質(zhì)

鄉(xiāng)寧縣城區(qū)污水處理廠提標改造工程已于2019年7月底安裝調(diào)試完工，8月份進入試運行階段，根據(jù)8月～11月實際運行數(shù)據(jù)顯示，9月上旬水廠進水量達到滿負荷，改造后的工藝運行穩(wěn)定，效果良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定達標。

7 結(jié)論

1)增加調(diào)節(jié)池，解決了晝夜進水量變化大對后續(xù)系統(tǒng)的沖擊。2)采用多級A/O工藝，解決了原工藝外加碳源多、運行成本高的問題。3)冬季水溫低，生化池內(nèi)微生物活性降低，處理率下降，增加保溫措施后，有助于維持生化池內(nèi)微生物正常生存的環(huán)境，保障微生物的活性，確保工藝要求的處理效率。4)保障出水TN指標達到排放要求。5)新增加了應(yīng)急處理設(shè)施，冬季氣溫低的情況下，保障出水COD、氨氮達標。此次改造工藝切實可行，為類似污水廠提標改造提供了借鑒。